Alger som en alternativ energikälla

Denna rapport är skriven som en uppgift för fakulteten Life Sciences i oktober 2008 av stud.scient. Janus Houe Magnussen, Anders Odderup Lundby Madsen och Anne Hess. Citation kommer att baseras på vetenskaplig standard och källan (Magnussen et al., 2008).

Köpenhamns universitet
Faculty of Life Sciences
Biologi-Bioteknik
Janus Houe Magnussen, Anders Odderup Lundby Madsen och Anne Hess
Projektrapport
Handledare: Poul Erik Jensen, Vagn Olsen och Bjarke Veierskov
22. Oktober 2008


"Oljan boomen är över och kommer inte tillbaka ...
Alla vi måste vänja sig vid en annan livsstil. "
Kung Abdullah, Saudi Arabien, 1998.

Resume
Vår nuvarande konsumtion av fossila bränslen inom transportsektorn i allmänhet inte anses vara hållbar, delvis på grund av krympande resurser och deras inverkan på miljön. Det finns därför behov för en hållbar och CO2-neutrala alternativ. Biobränslen från jordbruket grödor (majs, socker, soja, och så vidare) är en återanvändbar och CO2-neutrala alternativ, kan dessa alternativ inte ersätta de nuvarande typer av bränsle. Som vi ser i detta betänkande biobränsle från alger som ett reellt alternativ på grund av hög avkastning och låga pris och att produktionen som inte strider mot den nuvarande livsmedelsproduktionen. Liksom åkermark med alger solljus för att skapa biomassa, men de är bara mycket bättre på det än konventionella grödor. Det finns alltså skäl att biobränsle från alger är ett verkligt alternativ till konventionella fossila drivmedel.

Innehåll
1 Problemanalys
2 Problemformulering
3 Definition och metod
4 Allmän information om alger
5 Odling av alger och förutsättningar för optimal tillväxt
5,1 Raceway Dammar
5,2 tubular fotobioreaktor
5,3 Jämförelse av de två systemen
5,4 Locations
6 Från soppa alger för biobränsle
7 Biprodukter
8 Lönsamhet
8,1 ekonomiska
8,2 Environmentally
9 Kvalitetssäkring av biobränsle från alger
10 Potentialen för biobränsle från alger
11 Diskussion.
12 Slutsats.
13 Perspectives.
Bibliografi

1 Problemanalys
Världssamfundet idag inför ett antal omedelbara problem. En viktig del av dessa är en snabbt växande energiförbrukning. Den ökade energiförbrukningen beror delvis på att vi blir fler och fler människor och att människor i genomsnitt använder mer energi, inklusive energi inom transportsektorn. Ett stort problem för olja som vår enda verkliga källan till energi för transporter är att det är ett starkt krympande resurs. Det finns många olika prognoser för när oljan tar slut, och variationen är ganska stort, men alla är överens om att det är en evig källa. En naturlig följd av denna starka efterfrågan, framför allt av Kinas och Indiens stora industriell tillväxt, är priset på bränsle ökar. Ett annat problem med förbränningen av fossila bränslen är de skador den orsakar på miljön. Miljöskador omfattar partikel föroreningar, som alltmer utgör hälsorisker särskilt i stora städer, bildandet av surt regn genom utsläpp av svavel partiklar (svavelsyra) och NOx föreningar (salpetersyra) och CO2-utsläpp bidrar till den globala uppvärmningen. Därför finns det ett behov av att finna alternativ till oljeproduktionen.
Vi har tidigare försökt det med alternativa energikällor, och med framgång, till stor del av vår energi förbrukar, men i synnerhet i en sektor släpar efter, och det är sådana transporter. Alternativa energikällor kan bestå nämna kärnkraft, vindkraft och solceller som är bra, förnybara och CO2-neutrala energikällor, men om den producerade energin i form av el och därför inte särskilt användbar i transporten, förutsatt att vi fortsätter att köra bil ser ut som de gör nu. Och just detta antagande är relevant i vårt problem. För man kan verkligen tänka över hela vårt sätt att leva så att vi bodde närmare till arbete, minska på den totala produktionen, etc. men i vårt projekt, arbetar vi bara bygger på antagandet att vi kommer att fortsätta att köra i bilar och fortfarande har en generellt hög produktivitet. Det är i detta sammanhang funnit ett antal alternativ, är nyckeln troligen olika typer av biobränslen, vätgas och elbilar. Bilar som drivs med vätgas och el i form av ett batteri i sig är bra alternativ, men det finns ett antal problem som är förknippade med denna teknik. Bland annat är det ett problem att de bilar vi använder i dag inte direkt kan köras på vätgas eller el, och den totala fordonsparken alltså. En annan och kanske större problem när det gäller bilar som drivs med vätgas är att i samband med produktion av vätgas (uppdelning av vatten till dihydrogen och syre) används mycket energi och som ofta kommer från förbränning av fossila bränslen. I samband med vårt projekt där vi kommer att fokusera på alternativ energi till transporter och när det gäller våra antaganden är att tekniken är inte särskilt relevant. Ett annat alternativ, biobränsle är bränslet utvinns ur biologiskt material som har levt på senare tid. Det är den senare definitionen är mycket olika biobränslen som produceras från fossila bränslen. Biobränslen kan delas in i tre kategorier: 1 2 och 3 generation. 1. generationens biobränslen är en redan testats och tillgänglig teknik, vi nu kan hitta på vissa stationer. Problemet med detta är att produktionen av bioetanol med beståndsdelar av grödor som vi själva vill äta (t.ex. spannmål, sojabönor, sockerrör, etc), har den här tävlingen fått mycket kritik eftersom den kommer att få matpriserna att stiga och skapa Bristen på de återstående mat (Grundwald, 2008). 2. generationens biodrivmedel baserade på principen om 1 generation, men minskningen i stället för de ätliga delarna av växten att använda oätliga (från exemplet innan: växter från majs, soja, sockerrör). Tekniskt sett är det svårare att utvinna användbart material från dessa delar, eftersom de finns i form av cellulosa och andra svårnedbrytbara material. Forskningen inom detta område har gått framåt, men fortfarande saknas en bit innan den kan användas på en kommersiell nivå. Den senaste tekniken är 3 generationens biobränslen. Denna typ av bränsle som härrör från alger. Det fina med denna teknik jämfört med 2 generation, är att genom växande alger inte tar upp land, eftersom algerna kan växa i princip och odlas överallt (t.ex. i reservoarer i havet). I övrigt deras ökande alger biomassa betydligt snabbare än vanliga växter som används för 1. och 2. generationens biodrivmedel (UN Chronicle, 2000). Eftersom det hände också med 2. generationens biodrivmedel är att tekniken är långt ifrån klar för kommersiellt bruk, men forskningen hittills visar goda resultat (Xiufeng et al., 2007).
Det finns många olika aktörer inom energisektorn som drar åt motsatta håll. Å ena sidan, OPEC-länderna, som man kunde förvänta sig skulle ha ett intresse av en fortsättning på dagens oljeberoende. Å andra sidan, alla andra länder som inte producerar (nog) olja. Samtidigt som utvecklingsländerna kan dra nytta av olika nya former av energiproduktion, om de ledde till det allmänna bränslepriserna föll det skulle säga om vi kunde producera biodrivmedel till konkurrenskraftiga priser.

2 Problemformulering
Som en följd av ökad energiförbrukning och krympande olje-reserver, säger Världen står inför stora utmaningar på miljöområdet och en tidig energibrist. Synnerhet, kommer det att vara ett problem för transportsektorn eftersom dess energi nästan uteslutande består av olja, och det är svårt att direkt ersätta olja som energikälla. Som lösningar på dessa problem finns en rad alternativa energikällor, däribland 3. generationens biobränslen verkar vara förnuftiga.
Syftet med detta projekt är att undersöka vilka möjligheter som finns för produktion av 3 generationens biobränslen som ersättning för konventionella fordonsbränslen.

· Hur är odling av alger och omvandling till biobränsle? Hur kan en anläggning byggas?

• Vilka produkter i algernas produktion och omvandling?

· Hur ser framtiden ut för den 3: e generationens biobränslen?

3 Definition och metod
Vi kommer i denna rapport fokuserar uteslutande på biobränsle från alger (3: e generationens biobränslen) för transport. I kvantitet och när det gäller att ersätta konventionella fordonsbränslen ska vi titta på världens samlade transporter energianvändning.
Som en metod vi kommer att använda skriftliga källor (främst vetenskapliga artiklar) och kontakta berörda chefer från Shell, respektive, Danmark, Neri (National Environmental Research Institute) och AlgaeLink.

4 Allmän information om alger


Bild 1 visar en lysmikroskopisk bild av algen Haematococcus Pluvialis (Fraunhoferinstitutet för Interfacial-och bioteknik, 2000).

Alger är en grupp av eukaryota, fotoautotrofe organismer som uppträder antingen som en enda levande cell eller komplexa vegetation, såsom tång. De lever både i saltvatten och sötvatten, och agerar som mikroskopiska växter, som växter på land, kräver att vissa villkor är uppfyllda så att de kan leva och föröka sig. Dessa krav består av uppsättningen (sol) ljus, koldioxid, vatten, syre och förekomsten av näringsämnen. Därmed alger i stånd att utföra fotosyntes, vilket leder till glukos och syre. Glukos från fotosyntes omvandlas via andning till ATP energi som alger använder för att växa och reproducera (celldelning). ATP'en komposteras och härmed frigjorda energin kan användas för att omvandla oorganiskt material till organiskt material. Detta gör att algerna bygga upp stora molekyler som cellulosa till cellväggar. Näringsämnen kan vara t.ex. fosfater och nitrater. Fosfat levereras främst från avlopp och jordbruk, men även från organiskt material som löv. Fosfat är avgörande för alger när den används för konstruktion av DNA, RNA och ATP. Nitrater kan bland annat komma från jordbruket, konstaterade majoriteten i atmosfären (som består av 79% N). Men bara några alger använda nitrat, eftersom bara ett fåtal arter klarar av att konvertera den med hjälp av syre till ammoniak (kvävefixering). Detta används för att bygga proteiner och aminosyror.
Alger är naturligt förekommande och återfinns i hela hav, sjöar och allmänt fuktiga platser. Mikroalger, som vi tar itu med denna uppgift, kan flyta i vattnet trots en densitet är något högre än vatten. Detta beror på att ständigt skjuts upp och runt på grund av strömmar i vattnet och även på grund av deras olika struktur. De utgör en av de främsta födokällor i vattnet och bildar den nedre delen av livsmedelskedjan. Dietary organiskt material, utnyttjas av små plankton som lever i den övre akviferen med plankton alger. Planktoniska djur konsumerar energi från organiskt material, vilket gör att syre produceras av alger används, och koldioxid, kväve och andra näringsämnen frigörs. Dessa ämnen är sedan används bland annat av de återstående alger (DMU, 1999).
Alger har som tidigare nämnts, olika struktur. De kan delas in i olika arter som gröna alger och kiselalger. Øjealger är en klass med fler än 500 arter av färglös, grön eller röd encelliga alger med flaggor eller. Många av dessa alger har en øjeplet, såvitt vi vet ger dem möjlighet att orientera sig. Kiselalger nukleärt behandla organismer. De har förmågan att binda luftens kväve gratis i speciella celler heterocytter. Cellerna utan syre, som fastställer kväve och omvandla den till ammoniak. Kiselalger har två skal består av kisel, genom vilket de kan ta upp näring och utsöndra avfallsprodukter. De innehåller också oljedroppar som bland annat hjälper till att hålla dem flytande i vattnet (DMU, odaterad).
Till skillnad från i vårt projekt är alger ses ofta som ett stort problem. De är viktiga bidragsgivare till syrebrist i sjöar, flodmynningar och hav. Detta händer på grund av en kombination av naturliga algblomningar och en allt onaturlig tillförsel av näringsämnen (Hänselt, 2006). Algerna föröka sig snabbt och alger är inte ätit dör så småningom. De döda alger sjunker till botten och det finns en ansamling av dött organiskt material. Dessutom är detta material maten bas, exempelvis maskar och musslor, är det också mat för bakterier. Dessa organismer behöver syre för att bryta ner materialet och kan skapa stor utarmning skala syre. Eftersom alger olika behov, finns det tydlig förskjutning i den blomstrande av de olika arterna under hela året. Det är särskilt i denna tillväxt problem med syrebrist i sjöar, bland annat förekommer. Största blomningarna av alger sker under våren (DMU, odaterad).


5 Odling av alger och förutsättningar för optimal tillväxt.
När en anläggning för produktion av alger till form, det finns en massa faktorer som spelar in. Du kommer från producenten, har så hög avkastning så snabbt som möjligt, så det gör naturligtvis en hel del krav på deras fysiska egenskaper och behov på medellång eftersom algerna är i. Som beskrivits i tidigare kapitel, alger, både som alla andra fotosyntetiska organismer, tillväxt och reproduktion av ett antal faktorer, inklusive tillgängliga mängden (sol) ljus, vatten och näringsämnen och det totala antalet alger i medium (som en tillväxt-hämmare). I det här avsnittet kommer vi att beskriva hur odling av alger är och svara på följande frågor: Vilka förutsättningar för en optimal tillväxt (ljus, vatten, mat)? Hur detta fungerar, och dessa kan direkt omvandlas till algblomningar produktion av biodrivmedel i ögonen? Finns det några geografiska bästa placeringarna?
Över hela världen finns det alger, allt från de mest extrema temperatur platser, för de flesta salter och på platser med högsta pH svängningar. Alger kan leva i en mängd olika miljöer. Men det råder stor variation i hur "bra" de bor i förhållande till hur mycket reproduktion och biomassa ökning kan observeras. Vi börjar med att titta på hur ljusförhållandena borde vara. Slutsatsen är att för att hålla kostnaderna nere måste ljuskällan vara solljus. Om vi sedan tittar på sammansättningen av en optimal tillväxt media måste ha, måste grundas på ett visst Alges egen komposition. Men generellt för alla mikroalger's needed kväve (N), fosfor (P), järnföreningar och i vissa fall, kisel (Si). Dock skall det tilläggas att det särskilt fosforsyra levereras i stora mängder av överskott, som något av det belopp som kommer att bilda föreningar med järn, och därför inte längre vara tillgänglig för alger (Chisti, 2007). Ett annat ämne som är viktigt för algtillväxt är kol (C). Mikroalger torrvikt består av ca. 50% kol (Sanchez Miron et al., 1999). Och de flesta av detta kol får alger från CO2 relationer. Så om du måste producera till exempel 1 ton alger biomassa kommer att vara standard runt. 1,8 ton CO2, se nedan:

1 ton alger biomassa ≈ 0,5 t C = 500 kg C = 500,000 g C.
500.000 g. C ∙ 12,0107 g/mol-1 =
41629,55 C mol
1C + 2O → CO 2:
41,629.55 mol ∙ 2 O = 83.259 mol O:
83259mol O ∙ 15,9994 g / mol =
1332095 g O = 1,332 t O:
1332 ton O + 0,5 ton C = 1,832 ton CO2

Det måste utfodras stora mängder CO2 till anläggningen under dagen (i solsken), emellertid, att indata är övervakas när de inte ville bilda kolsyra, eftersom detta skulle "använda" en del av den mängd koldioxid och försurande tillväxt miljö med risk för att slå ihjäl algerna.
Ett sätt att få dessa mängder av CO2 genom att placera anläggningen i en befintlig makt, möjligen förbränning av fossila bränslen. Vi kunde ansluta algernas växt till kraftverket stapla och därmed få billiga om inte gratis CO2. Experiment med denna metod har gett lovande resultat (Yun et al., 1997).
Vi kommer i följande avsnitt undersöka de två metoder som för närvarande finns för storskalig produktion av alger. Nämligen "Raceway Ponds" och "tubulär fotobioreaktor".


5,1 Raceway Dammar
Vi kunde inte hitta en dansk term för Raceway dammar, så vi kommer att använda det engelska uttrycket genom detta avsnitt och senare.
Raceway Dammar är ett delvis slutet system där vattnet cirkulerar runt i en stor bana (se Bild. 5.1). Kursen är ca 0,3 meter djup och kan byggas i betong eller stämplas jord, eventuellt fodrad med vit plast på botten. En plats på banan finns tre delar. En motoriserad vattenhjul säkerställer spridning av systemet för att undvika att skapa sediment och att tillförseln av näringsämnen kommer runt. I övrigt finns det en avtappningskranen, där algblomningar massan kan samlas och en kran input som tillför näringsämnen till miljön. Denna typ av system för odling används mycket och det finns växter som omfattar 440.000 m2 (Spolaore et al., 2006). De används i dag främst till odling av alger för mat. En stor fördel med detta system är det relativt billigt pris för uppförande av anläggningen jämfört med den andra typen av system. Men det finns också många nackdelar med denna typ av anläggning: kylvatten sker endast genom avdunstning. Det finns alltså en betydande förlust av vatten för detta, och det kan finnas stora variationer i temperatur under dagen, och under säsonger. Ett annat stort problem är öppen struktur. Det ses ofta i Raceway dammar att vattnet blir förorenat med främmande stammar alger och andra organismer som lever på alger (zooplakton i synnerhet). Så även om det finns en fördel av det låga priset beteende, finns det många hinder som vi bedömer som föredrar mer ner.



Bild. 5,1 visar en schematisk översikt över Raceway damm. (Chisti, 2007)




5,2 tubular fotobioreaktor
Annars Raceway dammar rörformiga fotobioreaktorer ett helt slutet system (se figur. 5,2 på nästa sida). Det har på detta sätt (nästan) helt utesluta risken för kontaminering av alger medium. Systemet består av en lång rad tydliga tuber av plast eller glas. Det är i dessa rör, de alger som fångar ljus och har en diameter av högst 10 cm. Denna begränsning beror på det större röret, desto större kommer att överskuggas för ljuset till alger, som ligger i centrum. Vätskan i dessa rör cirkulerar som i den första omgången systemet. Återigen, det finns en kran för att knacka tång soppa med, men det finns också en annan enhet ansluten. Här kommer algblomningar soppa igenom och fyllas med CO2 och andra näringsämnen som kan kylas och sedan pumpas tillbaka in i rören.
För att uppnå den största tillväxten i det här systemet, är det viktigt att rören är inriktade mot solen. De bör inte skugga varandra, och det vanligaste är att de lade ner på marken, och med en vit bakgrund (för att skapa reflektion, albedo). Man kan göra system som inte är beroende av solljus men med elektriskt ljus, men dessa system är för dyra för kommersiell storskalig produktion (Pulz, 2001).
Sedimentation av alger undvikas i Raceway dammar genom omrörning med antingen en mekanisk kvarn eller en luftpump.
Det finns åtminstone två problem med det slutna systemet. 1: Det kommer att vara förknippad med fotosyntes som genererade en hel del syre (upp till 10 g O2 m-3 ∙ ∙ min-1) och när ni upp till dessa nivåer av löst syre i vatten, kan man direkt hämma fotosyntesen och med intensivt solljus fotooxidative orsaka skador på alger (Molina Grima et al., 2001). Detta innebär att det måste afiltes vid olika stationer där overskydne kan bubbla av syre. Detta innebär att det finns en naturlig begränsning av längden på rören. Anledningen till att det måste finnas särskilda "stationer" för afiltningen, är att vi vill undvika direkt kontakt med luft för att algblomningar buljong för att förhindra de tidigare nämnda föroreningar. 2: Det finns ett behov av kylsystem. Detta kan ske relativt enkelt och billigt i rören värmeöverföring med vatten (Värmeväxlare system), eller genom indunstning av vatten sprutas på utsidan av rören.
Bild. 5.2 visar en schematisk översikt över fotobioreaktor (Chisti, 2007).



5,3 Jämförelse av de två systemen
Tabell 5.3 jämförs två metoder för produktion av alger, där vi tittar på produktion av 100.000 kg. Biomassa per. år.

Raceway Dammspel (R)
Fotobioreaktor (R)
Årlig produktion av biomassa (kg)
100,000 (R)
100,000 (F)
Volumenmetrisk produktion (kg m-3 dag-1)
0,117 (R)
1,535 (F)
Markens produktivitet (kg m-2 day-1)
0,035 (R)
0,072 (F)
Biomassa koncentrationer i alger lösning (kg m-3)
0,14 (R)
4.00 (F)

Tabell 5.3 efter Chisti, 2007

De resultat som erhölls från verkliga experiment i storskalig produktion. Som framgår av tabellen (tabell 5.3), samtliga resultat från de olika variablerna i fotobioreaktorens favör. Den volumenmetriske produktionen är mer än 13 gånger större för fotobioreaktoren (se ruta 5.3). På grund av dessa gynnsamma avkastningen är mycket högre per. ytenhet för just denna teknik. För att omvandla alger soppa att biobrænstof det är viktigt att ha alger avlägsnas. Detta kan ske genom mekanisk filtrering eller centrifugering, men är relativt dyrt. Men det är betydligt billigare för alger buljong från fotobio reaktorer när biomassan koncentrationen är nästan 30 gånger större än för alger soppa i Raceway dammar



5,4 Locations
Vi har nämnt tidigare att ljuset är en viktig faktor för optimal odling av alger. Så skulle det vara logiskt att dra slutsatsen att mer ljus algerna får desto bättre. Bortsett från detta antagande skulle ekvatorn egen ideala platser för odling av växter. Det är inte riktigt så tillsammans. Lysmætning och fotoinhibition är två faktorer som spelar in. Lysmætning är den punkt där ljusintensiteten är på en nivå så att biomassan tillväxten är högst. Till exempel, det kiselalgen algen Phaeodactylum tricornutum s lysmætningspunkt på 185 μE m-2 s-1 (Mann & Myers, 1968). Den genomsnittliga ljusintensitet vid ekvatorn vid middagen handlar om. 2000 μE m-2 s-1, och är därmed betydligt högre än Älgens lysoptimum. Så man skulle kunna tänka sig att mer än vad som behövs ljus har eller är avsedda för, men återigen visar att detta inte är sant. Fotoinhibition är ett uttryck för för mycket ljus kan vara skadligt för fotosyntetiska organismen tillväxttakt.
Man kan inte säga något om var på jorden en anläggning skulle fungera bäst när det finns så många faktorer som spelar in. När det gäller den mängd ljus som vi har sett att det inte nödvändigtvis är den bästa, där den är starkast. Det beror alltså på den specifika alger, de väljer att arbeta med, hur mycket ljus, värme och mat, som krävs för optimal tillväxt.



6 Från soppa alger för biobränsle
När du måste omvandla en viss biomassa till en produkt som du kan använda till något nyttigt, det finns många saker att ta hänsyn till. Detta gäller givetvis också när det gäller att producera biobränsle för transporter från alger massa. Här är det särskilt viktigt, hur mycket energi du får ut i förhållande till hur mycket energi som krävs för att producera bränsle. I övrigt får produkten består av en rad specifika ämnen, så att bränslet är lämplig för motorer, måste det fungera, så att den inte skadar miljön, inte alltför giftiga och därför inte fyller eller väger för mycket. Det sista kriteriet innebär att det måste ha lite energi sparas per. volym eller vikt.
Det finns en lång rad processer för att omvandla alger till olika typer av biobränsle. Några av dem kräver att du först tömma alger för vätska, vilket kan bli dyrt. Till exempel kan du genom centrifugering separera vattnet från. Denna metod, dock, som tidigare nämnts, för djur som ska användas i praktiken. Därför försöker man finna andra, billigare sätt att göra det. Här är de olika typer av kemisk flockning eller flockning i användningen av transgena alger när algerna klumpar ihop sig så att de lätt skulle kunna sorteras. Du kan också sortera dem med hjälp av apoptos, dvs en förprogrammerad celldöd, med hjälp av transgena alger (Gressel, 2008).
Andra metoder har den fördelen att vattnet inte kan tas bort från alger massa. Detta gäller till exempel, är det på engelska kallas liqefaction som, vilket namnet antyder, går utöver att omvandla alger i en vätska.
Den har gjort en serie experiment med termokemiska kondensering, som har transformerats alger vid högt tryck och temperatur med och utan katalysator. Omvandlingen var följande:
Först fyllde alger och önskad mängd katalysator som här var 0-5 vikt% natriumkarbonat (Na2CO3) i en autoklav där återstående luftrummet var fylld med kväve till atmosfärisk luft ur systemet. Trycket i autoklaven höjdes till 3 MPa (~ 30atm) för att undvika att vattnet avdunstar, vilket borde ha ägnat mer energi för uppvärmning. Autoklav värms sedan upp med en elektriskt uppvärmd till en temperatur på 300-340 ° C, som ägde rum när den ville behålla för alger massan och oljan i den. I nämnda försök, var det 30-60 minuter. Man på sedan kylas ner till rumstemperatur och trycket sänks till atmosfärstryck, medan utvecklats gas överfördes till en påse. Då öppnade Mon autoklav och tog ut innehållet. Såg oljan separeras från genom att lösa det i triklormethan (kloroform) har avdunstat vid 40 ° C. Vattnet fas och sediment var demonteras också för ytterligare utredning.


Experimenten visade att en av de omständigheter som råder som använts, har den bästa olja och så mycket energi ut, genom att hålla alger massan och oljan i autoklav i 30 minuter vid en temperatur på 340 ° C och 5 vikt% tillsatt natrium (YF Yang et al., 2004).



7 Biprodukter
Forskning om processen att omvandla algerna till biobränsle är fortfarande ett nytt område. Detta innebär att det finns några bud på olika metoder för tillverkning och bearbetning. Det är därför också en mängd olika produkter, både skadligt och användbara beroende på vilken metod som används.
Biprodukter från omvandling av alger till biobränsle inkludera i de flesta fall, de växthusgaser som metan, vätgas och koldioxid. Dessa är några ganska dåliga produkter på miljön som vi omedelbart vill undvika. Väte och metan kan användas klokt. Vätgas kan till exempel användas som bränsle, vilket skapar ytterligare en källa till energi. Metan kan också användas som energi inom transportsektorn. När det gäller kol koldioxid, är situationen inte så kritisk. Under växande oro alger stora mängder koldioxid. Detta leder i själva verket en neutralitet med avseende på innehåll av koldioxid i atmosfären (Yang YF et al., 2004).
Algaelink, ett företag i Holland, som producerar biodiesel från alger, med en relativt ny metod för att omvandla alger. Metoden kräver inga kemikalier, och de återstående biprodukterna är därför helt naturligt och nyttigt för, till exempel, kosttillskott tillverkare eller läkemedelsföretag (Friend, 2008). Biprodukter inkluderar betakaroten och astaxanthin. Beta-karoten är ett förstadium till vitamin A, och ni vet det från morötter. Kroppen lagrar betakaroten i levern, och här är det omvandlas som behövs för att vitamin A. Det är en viktig antioxidant för kroppen, bland annat minskar risken för cancer, skyddar mot infektioner och stärker huden och slemhinnorna i tarmarna, luft-och urinvägarna (Bionordic, 2000). Astaxanthin är också en naturlig antioxidant och finns förutom alger även i fisk och skaldjur som lax, öring och räkor. Det finns även i några fåglar som flamingos. Det fungerar som ett rött pigment, som också ses i, till exempel räkor, men genom att binda till olika proteiner kan också visas som grön, gul, blå eller brun. Astaxanthin är viktigt för kroppens immunförsvar. Det motverkar bland annat artrit, hjärt-kärlsjukdomar och solbränna. Det är för närvarande befinner sig på experimentstadiet i den medicinska industrin och har visat positiva effekter på både stress, Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom, dels för att ämnet kan passera blod-hjärnbarriären. I naturen har fisk, såsom lax foder med astaxantin, och få den naturliga rödaktig färg. I laxodling har inte tillgång till vitaminer och i stället matas färger att marknadsföras lika bra som den vilda laxen. Människan har inte ens kunna bilda astaxanthin och är därför beroende av astaxanthinholdige livsmedel eller kosttillskott. Dessa livsmedel är fisk och skaldjur. Försök därför även med tillsats av astaxanthin i foder till fisk och skaldjur i jordbruket som ett sätt att skapa förutsättningar så naturliga som möjligt (Alga Technologies, 2004).
En annan produkt som kan användas inom läkemedelsområdet är steroler (Friend, 2008), som tillsammans med tri-glycerider och fosfolipider är en av de tre grupper av olika fetter. Den mest berömda vaxliknande fett grupp inom Sterolerna kolesterol, främst i kött, mjölk, ägg och smör. Även omfatta steroler även vissa hormoner och förstadier till vitamin D (Scmedes, 2000).
Förutom de ovannämnda produkterna kan vara till någon förändring metoder även förekomma produkter (torr enheter) som kan användas i foder för djur.



8 Lönsamhet
8,1 ekonomiska
För att göra biobränsle från alger till ett verkligt alternativ, är det viktigt att priset är detsamma som eller billigare än oljebaserade fordonsbränslen. Vi kommer i detta avsnitt undersöka kostnaderna för produktion och jämför med det nuvarande priset på bensin, eftersom detta är den mest använda transportbränsle. Till exempel de i USA under 2003 476 Giga liter (International Energy Agency, 2006). Med de priserna på bensin idag kostar en GJ av bensin (95 oktan) 306 pounds. Om vi jämför detta med en beräknad kostnad på en GJ från Fischer Tropsch [1] biobränslen till 52-67 dkr. GJ, ser att biobränslen är extremt konkurrensutsatt utförandet av fossila bränslen


[1] Fischer Tropsch-teknik är en kemisk process där biomassa, kol eller gas omvandlas till flytande bränsle (Fischer-Tropsch, 1930). Detta bränsle kan användas för att driva bilar och flygplan och mer.



8,2 Environmentally
Vi har nu sett att det är ekonomiskt lönsamt, men hur är det miljöperspektiv? Et af de væsentlige problemer med forbrændingen af fossile brændstoffer er den store udledning af CO2 og de miljømæssige konsekvenser dette medfører. Dette problem viser sig ikke at eksistere med hensyn til afbrændingen af biobrændstof. Denne teknologi er nemlig CO2 neutral, det vil sige at den mængde CO2 der udledes ved forbrændingen er den samme mængde, som blev fikseret fra atmosfæren eller forbrændingsanlæg ved dyrkningen af algerne (Chisti, 2007)



9 Kvaliteten af biobrændstof fra alger

Som tidligere nævnt er det vigtigt at brændstoffet, man står med til sidst, har en række egenskaber som følge af den kemiske sammensætning, der passer til de motorer, den skal drive, at den indeholder nok energi pr. volumen- og masseenhed og at den ikke er for giftig eller forurenende på nogen måde. Derfor må man også undersøge at disse kriterier er opfyldt. I tidligere nævnte forsøg vedrørende termokemisk liquefaction så man på hvad olien indeholdt.


Man ser, at algeolien har et relativt stort indhold af C17, C18 –alkaner, n-naphtalin og nogle andre stoffer. Disse er typiske komponenter i det man kalder heavy oil, hvilket vil sige at termokemisk liquefied olie fra alger kan klassificeres som heavy oil. (Y.F. Yang et al. 2004)
Heavy oil er egentlig en olie af dårlig kvalitet, da det kræver yderligere omdannelse heraf, hvis man skal ende med en mere brugbar olie (Barman, 2005). Derudover giver forbrænding af heavy oil en række produkter der er skadelige for miljøet (Batelle, 2003). Dog skal det nævnes, at heavy oil er en vigtig energiressource (Ke-Jian, 1997) og at opgradering heraf til produkter af høj værdi er af stigende interesse kommercielt og økonomisk (Barman, 2005).
Alt i alt er termokemisk liquefaction altså ikke umiddelbart en bæredygtig metode til omdannelse af alger. Hvis man kan finde en metode til opgradering af heavy oil til kvalitetsolie, som er miljøvenlig og økonomisk rentabel, vil liquefaction blive en bæredygtig metode, men som det ser ud nu, er den det ikke.
Som før nævnt findes der en række andre omdannelsesmetoder. De fleste af disse kræver, at man dræner algerne for væske og er derfor mere omkostningsfulde, men det er muligt, at nogle af disse kan bruges til at producere biobrændstof af høj kvalitet.


10 Potentialet for biobrændstof fra alger
I dette afsnit vil vi undersøge kvantiteten af biobrændstof fra alger, der skal til for at erstatte konventionelt brændstof. Det har ikke været muligt at finde oplysninger om brændstofmængder fra hele verden (da dette tal sandsynligvis ikke er ret godt kendt), men data fra USA synes delvist at være repræsentativt. Dog kunne man forestille sig, at amerikaneren gennemsnitligt bruger mere benzin (primært) end en gennemsnitlig europæer på grund af kulturelle forskelle, lavere benzinpriser og meget mere. Skulle man erstatte den samlede mængde brændstof til det amerikanske marked, ville man, som tidligere nævnt, skulle bruge ca. 0,5 milliard m3 om året. Biobrændstof fra konventionelle afgrøder udgør ikke en realistisk mulighed. Det ses i tabel 10 nedenfor.

Tabel 10 viser forskellige afgrøders mulighed for at erstatte 50 % af det nuværende amerikanske forbrug af brændstof til transportsektoren (Chisti, 2007).

Som det ses ud fra den fjerde kolonne, der viser hvor stor en procentdel af det samlede amerikanske landbrugsland, der skulle bruges, for at afgrøden (kolonne 1) kunne erstatte 50 % af det nuværende behov, er det reelt kun biobrændstof fra alger (i dette tilfælde biodiesel), der er tilstrækkeligt. Ser man på eksempelvis oliepalmen, som har vist sig at være en højudbytteplante med hensyn til olieindhold, skulle 25 % af USA’s nuværende landbrugsareal beplantes med denne afgrøde for at erstatte 50 %. Ser man derimod på mikroalger, ligger niveauet på mellem 1-3 % af nuværende arealer (variationen skyldes forskelligt procentindhold af olie i algen), hvilket må siges at være realistisk. Resultatet stammer fra storskalaforsøg i fotobioreaktorer, som er omtalt tidligere i rapporten. Grunden til denne store forskel på alger og alle de andre afgrøder er i høj grad algers hurtige vækst. De fleste alger har fordoblet deres biomasse på under 24 timer, og olieindholdet i visse alger kan komme så højt som 80 % -masse. Dog er det ikke alle af disse olier, der kan omdannes, men mange er konvertible til biodiesel produktion (Chisti, 2007).

11 Diskussion
Vores kilder har primært været videnskabelige tidsskrifter, men også hjemmesider fra forskellige organisationer og firmaer og et enkelt patent. Vi har ikke vurderet, at der skulle være nogen svagheder hos vores kilder, som for eksempel partiskhed. Det eneste sted hvor man kunne komme i tvivl om troværdighed, kunne være hos Shell og AlgaeLink (da disse er private firmaer, der gerne vil fremstå som miljørigtige virksomheder, og måske derfor tegner et glansbillede af netop deres teknologi), men disse kilder brugte vi kun med særlig påpasselighed. Da det område, vi i vores projekt har undersøgt, stadig er relativt nyt, har projektets metodik den svaghed, at det er svært at finde materiale, der peger i samme retning. Vi kunne med fordel have haft en ekspert på området som kontaktperson.
Vores første afgrænsning var, at vi udelukkende ville fokusere på biobrændstof fra alger. Dette har betydet, at omfanget af projektet blev skåret betydeligt ned og overskueliggjorde hele projektets område. Vores anden afgrænsning var, at vi ville fokusere på energi til transportsektoren, og da biobrændstof fra alger allerede er orienteret mod transportsektoren, var dette en naturlig afgrænsning for vores projekt, og det havde derfor ingen større betydning.

12 Konklusion
Målet med projektet og den dertilhørende rapport var at undersøge mulighederne for om biobrændstof udvundet af alger kunne erstatte konventionelt transportbrændstof. Alger er væsentligt bedre end landafgrøder med henblik på biomasseforøgelse og det eneste reelle alternativ, og den bedste måde at dyrke alger på i storskala er i det system, der hedder rørformet bioreaktor. For at opnå optimal vækst skal en række næringsstoffer tilføres algernes vækstmedie. Der findes ikke nogen generel optimal placering for et anlæg, da det i høj grad afhænger af, hvilken alge man vælger at arbejde med. Teknologien til omdannelse af alger til biobrændstof findes, men der kan dog stilles spørgsmål til hvorvidt produktet er af høj nok kvalitet. Dette afhænger også af hvilken metode man vælger til at omdanne algerne, da der findes flere. Med hensyn til biprodukter fra produktionen kan vi slutte, at der dannes gavnlige stoffer, som kunne bruges i forskellige sektorer. Blandt disse kan nævnes betakarotin og astaxanthin som er vigtige stoffer i forbindelse med især immunforsvaret.
Beregninger viser, at brændstof fra alger økonomisk set sagtens kan konkurrere med konventionelle brændstoffer. I vores eksempel viste en sammenligning af en estimeret pris på biobrændstof og normale benzinpriser, at biobrændstoffet var 5-6 gange billigere.

13 Perspektivering
Man kunne ud fra vores konklusion undersøge de resterende metoder til omdannelsen og se på, om produktet ville få den ønskede kvalitet. Som det er nu, er vi nemlig et stykke vej fra at kunne bruge slutproduktet direkte i bilen. Man kunne tilmed undersøge, om heavy oil på en miljøvenlig måde kunne omdannes til olie af høj kvalitet.
Problemerne ved vores forbrug af fossile brændstoffer er mange. Fortsætter vi i denne retning, vil konsekvenserne være omfattende, fastslår flere eksperter. Man er derfor nødt til at finde på nye alternativer. For at disse nye alternativer kan få vind i sejlene, kræver det folkelig såvel som politisk opbakning. Danmark skal være vært for en stor klimakonference i 2009, hvor der skal findes en afløser til Kyotoaftalen og man kunne håbe på seriøs støtte til nye tiltag, der kan forbedre klimasituationen herunder forskning og udvikling i biobrændstof fra alger.

Litteraturliste

Algatech
Astaxanthin - a superb natural antioxidant (2004)
http://algatech.com/astax.htm
(citeret d. 11/10/08)

Battelle
http://www.battelle.org/Environment/publications/envupdates/Fall2003/article9.stm
(u.å.)
(citeret d. 11/10/08)

Barman, Bhajendra N.
Characterization of feeds, intermediates, and products from heavy oil processes by high-temperature simulated distillation and thin-layer chromatography with flame ionization detection
Energy & Fuels Vol. 19, 2005

Bionordic
Beta-caroten (Bionordic, 2000)
http://www.bionordic.dk/indhold/html/vlignstoffer/betacaroten.html
(citeret d. 11/10/08)

Carbon Dioxide Information Analysis Centre
http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/emis/tre_glob.html, 2004
(citeret d. 31/10/08)

Chisti, Yusuf
Biodiesel from microalgae
Biotechnology Advances Vol. 25, 2007 pp. 294–306

DMU
Giftige alger og algeopblomstringer
Temarapport nr. 27 fra DMU, 1999
http://www2.dmu.dk/1_viden/2_Publikationer/3_Temarapporter/rapporter/87-7772-476-3.pdf
(citeret d. 11/10/08)

DMU
Hvorfor opstår algeopblomstringer
Danmarks miljøundersøgelser, u.å.
http://www.dmu.dk/foralle/Vand/Giftige+alger+i+havet/Hvorfor+opst%C3%A5r+algeopblomstringer.htm
(citeret d. 11/10/08)

Energy Information and Bureau of Labour Statistics
Monthly annual Brent spot prices, u.å.

Fischer, Franz & Tropsch, Hans
Process for the production of paraffin-hydrocarbons with more than one carbon atom
Patended Feb. 11, 1930, patentnummer: 1,746,464

The Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology
Red lips from algae, 2000
http://www.igb.fraunhofer.de/WWW/Presse/Jahr/2000/en/PI_Algae.en.html
(citeret d. 31/10/08)

Grundwald, Michael
The clean energy scam
Time, 2008
http://www.time.com/time/printout/0,8816,1725975,00.html
(citeret d. 15/9/08)

Hänselt, Nikolaj
Klimaændringer vil føre til øget opblomstring af alger
Ingenøren, 2006
http://ing.dk/artikel/72582
(citeret d. 11/10/08)

GeoHive
Current world population, u.å.
http://www.geohive.com/earth/population1.aspx
(citeret d. 31/10/08)

Gressel, Jonathan
Transgenics are imperative for biofuel crops
Plant Science Vol. 174, 2008 pp. 246–263

International Energy Agency
Energy Policies of IEA Countries, 2003
http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2000/compendium_2003.pdf
(citeret d. 31/10/08)

Ke-Jian, Liao og Guo-Min, Liu
Esmaoc as pour point depressant for crude oil and heavy oil products
Petroleum science and technology Vol. 15, 1997 pp. 373-379

Mann J. E. og Myers J.
On pigments, growth and photosynthesis of Phaeodactylum tricornutum.
J Phycol Vol. 4, 1968 pp. 349–55

Molina Grima E, Fernández J, Acién Fernández FG og Chisti Y.
Tubular photobioreactor design for algal cultures.
Journal of Biotechnology Vol. 92, Issue 2, 2001, pp. 113-131

National Geographic
World Oil, 2004
http://ngm.nationalgeographic.com/2004/06/world-oil/roberts-text
(citeret d. 31/10/08)

Pulz O.
Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms.
Applied Microbiology and Biotechnology Vol. 57, Nr. 3, 2001

Sánchez Mirón A., Contreras Gómez A., García Camacho F., Molina Grima E. og Chisti Y.
Comparative evaluation of compact photobioreactors for large-scale monoculture of microalgae.
Journal of Biotechnology Vol. 70, 1999, Issues 1-3, pp. 249-270

Scmedes, Anne
Om fedtstoffets opbygning
http://www.netdoktor.dk/madogkrop/artikler/fedtopbygning.htm
Sidst opdateret: 26. 01. 2000
(citeret d. 11/10/08)

Spolaore P, Joannis-Cassan C, Duran E og Isambert A.
Commercial applications of microalgae
Journal of Bioscience and Bioengineering Vol. 101, Issue 2, 2006, pp. 87-96

UN Chronicle
Globeglance, Energy: 2000
Volume 37, nummer 2, 2000

US Department of Energy
http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html
(citeret d. 31/10/08)

Ven, Marco van de
Algaelink develops new extraction method
Algaelink, 2008
http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/story?id=51772
(citeret d. 11/10/08)

Yang, Y.F., Feng, C. P., Inamori, Y. og Maekawa, T
Analysis of energy conversion characteristics in liquefaction of algae
Resources, Conservation and Recycling Vol. 43, 2004, pp. 21–33

Yun Y. S., Lee S. B., Park J. M., Lee C. I. og Yang J. W.
Carbon dioxide fixation by algal cultivation using wastewater nutrients
Journal of Chemical Technology & Biotechnology Vol. 69, 1997, pp. 451–455

Xiufeng Li, Han Xu, Qingyu Wu
Large-Scale Biodiesel Production From Microalga Chlorella protothecoides Through Heterotrophic Cultivation in Bioreactors
Biotechnology and Bioengineering, Vol. 98, No. 4, 2007, pp. 764-771